Kontaktiereinrichtunσ für eine Chipkarte
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktiereinrichtung für eine Chipkarte, und zwar insbesondere eine SIM-Karte. SIM-Karten sind bekanntlich spezielle Chipkarten, die kleiner sind als die herkömmlichen Chipkarten und die beispielsweise Auskunft über einen Telefonteilnehmer ge¬ ben. Daher der Name "SIM"-Karte, wobei SIM "Subscriber Identitiy Module" bedeutet.
Kontaktiereinrichtung sind z. B. aus DE 41 18 312 AI, DE 40 08 655 AI und DE 40 30 196 bekannt.
Die bekannten Kontaktiereinrichtungen, insbesondere auch die für SIM-Karten weisen insbesondere wegen ihrer Kar¬ tenführungsmittel größere Ausmaße auf, als die SIM-Karte selbst, die üblicherweise eine Größe von 25 mm x 15 mm besitzt. Diese Führungsmittel beanspruchen somit Platz, der für andere Zwecke erforderlich sein kann. Insbeson- dere dann, wenn die Kontaktiereinrichtung auf einer
Leiterplatte angeordnet ist, kann Raum verloren gehen, der ansonsten von anderen Bauteilen benutzt werden könnte. Dies ist insbesondere auf dem Gebiet der SMT (Surface Mounted Technology) ein Problem. Ein weiteres Problem ist noch die Erwärmung der Kontaktiereinrichtung, insbesondere auch deshalb, weil sich die Kontaktelemente im Kontaktträger abstützen müssen.
Ein weiterer Nachteil der Kontaktiereinrichtung des Stan- des der Technik besteht darin, daß für hohe Steckzyklen¬ zahl im allgemeinen eine Absenkmechanik benötigt wird. Arbeitet man ohne Absenkmechanik, so zeigt sich das bei Schleifkontakten mit galvanisch aufgebrachten Edelmetall¬ schichten darin, daß diese nach wenigen tausend Zyklen bis auf das Grundmaterial durchgerieben sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere beab¬ sichtigt die Erfindung, eine Kontaktiereinrichtung vorzu¬ sehen, die außerordentlich geringe Außenmaße besitzt und vorzugsweise auch zusammen mit anderen SMD-Bauteilen ver¬ wendet werden kann. Ferner soll trotz kleiner und dünner Bauweise auch unter Wärmebedingungen eine stabile Kon¬ struktion gewährleistet sein.
Die Erfindung hat sich ferner zur Aufgabe gestellt, eine Kontaktiereinrichtung zu schaffen, die ohne Absenkmecha¬ nik eine hohe Steckzyklenzahl bei guten Betriebseigen¬ schaften erreicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Kontaktiereinrichtung einen geringe Außenmaße aufweisenden Kontaktträger auf, der insbesondere auch als ein reines SMD(Surface Mounted Device)-Bauteil ausgebil¬ det sein kann, der insbesondere nur noch die Funktion des Kontaktierens, nicht aber des Führens der SIM-Karte vor¬ sieht. Dabei sind die Mittel zum Führen der SIM-Karte vorzugsweise mit Abtand gegenüber dem Kontaktträger an einem anderen Bauteil der Kontaktiereinrichtung, bei¬ spielsweise am Gehäuse derselben angeordnet.
Dadurch, daß sich die zur Kartenführung erforderlichen Mittel nicht unten am Kontaktträger, sondern zum Beispiel oben am Gehäuse befinden, kann die Platine (Leiterplatte) unterhalb der Führungsmittel für die Chipkarte mit SMT- Bauteilen bestückt werden.
Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß es auch denk¬ bar wäre, die Führungsmittel zwar nicht unten am Kontakt¬ träger, aber doch oben am Kontakträger derart anzuordnen, daß unter den Führungsmitteln noch Platz für gewisse SMT- Bauteile auf der Platine vorhanden ist, auf der der Kon¬ taktträger angeordnet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kontaktiereinrichtung für eine Chipkarte vor¬ gesehen, die auf eine Absenkmechanik verzichtet und eine hohe Steckzyklenzahl dadurch erreicht, daß die Edelme¬ tallschicht auf den Kontaktkuppen der Kontaktelemente der Kontaktiereinrichtung mechanisch/physikalisch aufgebracht wird, beispielsweise durch Walzplattieren. Dadurch sind auch bei der Reibpaarung Metall-Kunststoff/Metall und Schleifkontakten mindestens 10 000 Stückzyklen ohne Edel- metalldurchrieb möglich.
Vorzugsweise werden erfindungsgemäß die beiden oben ge¬ nannten Aspekte gemeinsam verwendet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Er¬ findung ist der Kontaktträger aus Kunststoff, beispiels¬ weise durch Spritzguß hergestellt, wobei Metalleinlagen eine integrierte Verstärkung des Kunststoffs vorsehen. Vorzugsweise bilden die Metalleinlagen einen zusätzlichen Lötstützpunkt. Dies verhindert bei einseitigen, einreihi¬ gen Kontaktanschlüssen ein Kippen des Kontaktträgers wäh¬ rend des Lötprozesses und ermöglicht eine Reduzierung der Außenmaße des Kontakträgers unter die Maße der SIM-Karte. Erfindungsgemäß sind die Kontaktanschlüsse auf der einen Schmalseite des Kontaktträgers und der Lötstütztpunkt ist auf der entgegensetzt liegenden anderen Schmalseite vor¬ gesehen.
Die erfindungsgemäße beträchtliche Reduzierung der Außen¬ maße des Kontaktträgers führt zu einer Schwächung dessel¬ ben, was zu Problemen bei der Wärmebelastung (Lötprozeß) und beim Langzeitverhalten (Relaxion des Kunststoffs) führen kann. Der gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehene insbesondere aus Metall beste¬ hende im Kontaktträger angeordnete Rahmen wirkt den bei¬ den Problemen entgegen. Außerdem ermöglicht der Metall-
rahmen das Bilden eines (oder mehrerer) Lötstützpunkte ohne das ein zusätzliches Einlegeteil benötigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ver- läuft der Teil des Kontaktträgers, der die Kontaktkuppen enthält, abgeschrägt gegenüber dem Teil des Kontaktträ¬ gers, in dem die Anschlußenden der Kontaktelemente vor¬ gesehen sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine
Kontaktiereinrichtung für eine Berechtigungskarte ins¬ besondere eine Chipkarte derart vorgesehen, daß sie zum einen für eine automatische Bestückung geeignet ist und zum anderen einen Schutz der Elektronik des Geräts in dem die Karte benutzt wird gegen Schmutz und Staub vorsieht. Wenn die Chipkarte beispielsweise zusammen mit einem Telefongehäuse verwendet werden soll, so muß das Einlegen und Entnehmen der Berechtigungskarte (z. B. einer Chip¬ oder SIM-Karte) ermöglicht werden ohne daß dabei die im Telefongehäuse vorhandene Elektronik Schmutz oder Feuch¬ tigkeit ausgesetzt ist. Die erfindungsgemäße Kontaktier¬ einrichtung ist derart ausgebildet, daß die Herausführung der Kontakte (für die Berechtigungskarte) abgedichtet erfolgt. Diese Abdichtung der Elektronik wird ohne zu- sätzliche Bauteile erreicht. Eine minimale Baugröße wird ermöglicht. Die erfindungsgemäße Kontaktiereinrichtung besitzt einen beispielsweise obengelegenen umlaufenden Rand (Kragen) zur Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Kontaktiereinrichtung. Ferner weist die Kontaktierein- richtung beispielsweise unten eine durchgehende umlau¬ fende plane Auflagefläche auf, zur Abdichtung gegenüber einer gedruckten Schaltungsplatte oder Platine.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung erstreckt sich ein Kastenteil vom Rand weg und bildet an seinem freien Ende die ebene Auflagefläche zur Abdichtung gegenüber der ge¬ druckten Schaltungsplatte auf die die Kontaktiereinrich-
tung aufsetzbar ist. Die Anschlußenden der vorzugsweise eingespritzten Kontaktelmente erstrecken sich vorzugs¬ weise in den entsprechenden Wandteilen des Kastens.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbei¬ spielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einens erfin- dungsgemäßen Kontaktträgers angeordnet auf einer
Basisplatte in der Form einer gedruckten Schal¬ tungsplatte oder Platine;
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie A-B in Fig. 3;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Kontaktträger gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht der bevorzugten Ausgestaltung eines Kontaktelements insbesondere zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Kontakt¬ element; Fig. 5 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbei¬ spiels einer Kontaktiereinrichtung;
Fig. 6 einen Schnitt durch ein Gerät, beispielsweise einen Teil eines Telefongeräts in dem die er¬ findungsgemäße Kontaktiereinrichtung gemäß Fig. 5 eingebaut ist;
Fig. 7 einen Schnitt längs Linie A-A in Fig. 8;
Fig. 8 eine vergrößerte Draufsicht auf die Kontaktierein¬ richtung gemäß Fig. 5.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kontaktiereinrichtung 10, die einen Kontaktträger 11 sowie Kartenführungsmittel 12 für eine Chipkarte, vorzugsweise eine SIM-Karte 14, aufweist.
Der Kontaktträger 11 ist vorzugsweise dazu geeignet, auf einer Basisplatte 19 angeordnet zu werden, die vorzugs¬ weise eine gedruckte Schaltungsplatte (Leiterplatte) oder
Platine ist, und die insbesondere für die SMD-Technik ge¬ eignet ist.
In Fig. 1 erkennt man, daß die Führungsmittel 12 für die SIM-Karte 14 nicht durch den Kontaktträger 11 gebildet werden, sondern getrennt, vorzugsweise mit Abstand, ge¬ genüber diesem angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungs¬ beispiel werden die Kartenführungsmittel 12 durch zwei Führungsschienen 16, 17 gebildet, die an der Unterseite einer Platte oder eines Gehäuses 15 angeordnet sind.
Durch diese Fuhrungsmittel 12 wird die SIM-Karte 14 in entsprechendem Abstand und Lage gegenüber dem Kontakträ¬ ger 11 angeordnet, so daß eine gute Kontaktgabe stattfin¬ den kann.
Wie man im einzelnen in Fig. 1 erkennt, sind neben dem Kontakträger 11 auf der Oberseite der Platine oder SMD- Platte 19 weitere SMD-Komponenten 21, 22, und 23 ange¬ bracht. Dadurch daß die Führungsmittel 12 nach oben ge- genüber dem Kontaktträger 11 mit Abstand angeordnet sind, ergibt sich zu beiden Seiten des Kontaktträgers 11 zuätz- licher Platz 25, der im gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise durch die SMT-Komponente 23 genutzt werden kann.
Wie man in Fig. 2 und 3 erkennt, wird der Kontaktträger 11 vorzugsweise durch einen einstückigen Körper 27, vor¬ zugsweise aus Kunststoff, gebildet. Der Körper 27 hat zwei Abschnitte, und zwar einen ersten Abschnitt 30 in der Form eines Rechtecks sowie einen damit einstückigen zweiten Abschnitt 31 in der Form eines Parallelogramms. Durch diese Bauweise ergibt sich eine beträchtliche Platzeinsparung, da Abmessungen möglich sind, die - wie gezeigt - kleiner sind als die der gestrichelten SIM- Karte 14 in Fig. 3. Der Kontaktträgerkörper 27 ist kaum breiter als die Breitenanordnung von Kontaktelementen 36.
In dem Kontaktträger 11 sind in der gezeigten versetzten Art und Weise sechs parallele Schlitze 33 in der Ober¬ seite 50 ausgebildet, die in Ausnehmungen 34 an der Un¬ terseite 51 übergehen. Die Länge der Ausnehmungen 34 ist so gewählt, daß die in den Schlitzen 33 endenden Kontakt¬ elemente 36 in der Form von Kontaktfedern eine hinrei¬ chende Kontaktkraft vorsehen können. Vorzugsweise sind die Kontaktelemente 36 vorgespannt.
Die Kontaktelemente 36 weisen Anschlußenden 37 auf, die aus der einen Schmalseite 52 des Kontaktträgers 11 aus¬ treten. Die Kontaktelemente 36 werden bei der Herstellung des Kontaktträgers 11 vorzugsweise in das Kunststoffma¬ terial eingespritzt. Entgegengesetzt zu den .Anschlußenden 37 besitzen die Kontaktelemente 36 Kontaktenden 38, die Kontaktkuppen 39 bilden, welche sich über die Oberseite 50 des Kontaktträgers 11 im eine Chipkarte 14 nicht kon¬ taktierenden Zustand hinaus erstrecken (vgl. Fig. 2)
Der erwähnte Parallelogra mabschnitt 31 ist gegenüber dem rechteckigen Abschnitt 30 um einen Winkel _ in der Grö¬ ßenordnung von 30° verschwenkt. Somit wird auf der einen Seite des Kontaktträgers 11 (wie in Fig. 2 gezeigt) eine Schrägfläche 41 gebildet. Es ergeben sich also gegenüber dem Umriß der SIM-Karte 14 in Fig. 3 mit 101 und 102 be¬ zeichnete im gesammten dreieckige Freiräume, die für z. B. SMD-Bauteile verfügbar sind. Die Führungsteile für die SIM-Karte sind also vorzugsweise weggeschnitten.
Im Kontakträger 11 ist ferner ein vorzugsweise aus Metall bestehender Rahmen 43 angeordnet, der vorzugsweise etwa parallel zu den Längsseiten und zu der einen der Schmal¬ seite 52 gegenüberliegenden Schmalseite 53 des Kontakt¬ trägers 11 verläuft. Der im ganzen U-förmige Metallrahmen 43 hat im Querschnitt vorzugsweise "L"-Form, bildet also einen waagerechten Teil 44 und einen Schenkel 45 (Fig. 2) . Der Rahmen 43 bildet ferner vorzugsweise einen Löt-
Stützpunkt 46, der mittig an der Schmalseite 53 austritt. Die Schenkel 45 verlaufen etwa parallel zu den Außenkan¬ ten des Kontaktträgers 11. Die Verwendung des Rahmens 43 erhöht die mechanische und thermische Stabilität, bei kleinster Bauweise auch hinsichtlich der Dicke des Kon¬ taktträgers.
Fig. 4 zeigt einen weiteren Aspekt der Erfindung, und zwar ist hier gezeigt, daß die Kontaktfeder, repräsen- tiert durch eine Kontaktfeder 141 vorzugsweise mindestens im Bereich der Kontaktkuppe 139 mit einer walzplattieren Edelmetallschicht 140 versehen sind. Diese Edelmetall¬ schicht 140 kann auch in irgendeiner anderen mechanisch/ physikalischen Art und Weise auf das Grundmaterial 145 des Kontaktträgers 141 aufgebracht sein. Diese Schicht
140 ermöglicht eine hohe Steckzyklenzahl, was von Vorteil ist, da die erfindungsge äße Kontaktiereinrichtung 10 ohne Absenkmechanik arbeitet.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktiereinrichtung 201 gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung. Die Kontaktiereinrichtung 201 ist zwar vorzugsweise einstückig aus Kunststoffmaterial hergestellt, vorzugsweise gespritzt, besitzt aber, vgl. Fig. 5 (von oben nach unten gesehen) drei Abschnitte oder Teile: einen zurückversetzten Teil oder Einsatzteil 209, einen Rand oder Kragenteil 207 und einen Kastenteil (Kastenmittel) 253. Der Kastenteil 253 wird vorzugsweise durch vier Seitenwände 203, 204, 205, 206 gebildet. Der Kastenteil 253 verleiht der Kontaktiereinrichtung einen starren, stabilen Aufbau und ermöglicht dadurch, daß der Kastenteil 253 an seinem freien Ende eine durchgehende umlaufende plane Auflage- oder Abdichtfläche 250 bildet, eine sichere Anbringung an einer Leiterplatte 222 (Fig. 6) .
Der Kragenteil 207 dient ebenfalls zur Verstärkung der Kontaktiereinrichtung 201 und erhöht deren Stabilität.
Der jedenfalls gegenüber dem Einsatzteil 209 radial (d. h. senkrecht zur Längsachse 251) nach Außen vorstehende Kragenteil 207 bildet eine Auflagefläche 208 die, wie in Fig. 6 gezeigt, an einem Gehäuse 217, beispielsweise dem Gehäuse eines Telefongeräts, abdichtend befestigbar ist, beispielsweise dort angeklebt ist. In gleicher Weise kann auch die bereits erwähnte Abdichtfläche 250 auf der gedrukkten Schaltungsplatte 222 aufgeklebt sein, wobei eine auf der Oberfläche 213 der Kontaktiereinrichtung 201 vorgesehene Saugfläche 243 das Ansaugen der Kontaktiereinrichtung 201 bei der Montage erleichtert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ragt der Kragenteil 207 auβenumfangsmäßig über die Umfangserstreckung des Ka¬ stenteils 253 hinaus, was nicht notwendig, aber aus Grün¬ den der Platzeinsparung zweckmäßig ist. Die Länge L3 des Kastenteils 253 in Richtung der Längsachse 251 (vgl. Fig. 7) ist vorzugsweise mindestens gleich der Gesamtdicke Ll + L2 der oberen Wand 202 vorzugsweise aber größer.
Nach dieser Übersichtsbeschreibung sei nunmehr im Ein- zelnen auf die Fig. 6 eingegangen, in der man das Gehäuse 217 im Schnitt sieht, welches aus einem Rahmen 218, einem Deckel 219, einem Boden 220, sowie einer Zwischenwand 230 besteht, wobei zwischen Deckel 219 und Zwischenwand 230 ein Aufnahmeschlitz 221 für eine Berechtigungskarte 215 vorzugsweise eine Chipkarte oder eine SIM-Karte gebildet wird. Im unteren Bereich des Gehäuses 217 ist die Leiter¬ platte 222 befestigt, auf deren Oberseite vorzugsweise SMT-Bauteile 223 und 224 und auch Anschlußenden 212 von Kontaktelementen 210 der Kontaktiereinrichtung 201 ange- lötet sind, wie dies durch das Lot 225 angedeutet ist. Die Kontaktiereinrichtung 201 ist vorzugsweise auf der Leiterplattenoberseite 226 mittels ihrer Auflage- oder
Abdichtfläche 250 beispielsweise unter Verwendung von Kleber angeklebt. Auf diese Weise ergibt sich eine ein¬ wandfreie Abdichtung zwischen der umlaufenden planen Abdichtfläche 250 und der Oberseite 226 der Leiterplatte 222.
Die Abdichtung gegenüber der Elektronik, z. B. den Bau¬ teilen 223, 224 und anderen Bauteilen wird ferner er¬ reicht durch das abdichtende Verkleben der Auflage- oder Dichtfläche 208 z. B. mit der Unterseite 232 der Zwi¬ schenwand 230 vorzugsweise im Bereich der Auflagefläche 208. Vorzugsweise sitzt, wie in Fig. 6 gezeigt, der Ein- satzteil 209 in einer Ausnehmung 227 der Zwischenwand 230. Selbst wenn also die Chipkarte 215 sich nicht im Aufnahmeschlitz 221 befindet wird so eine einwandfreie
Abdichtung der Elektronik gegenüber der Außenwelt vorge¬ sehen. Nachdem der Kragenteil 207 die Kontaktiereinrich¬ tung 201 vollständig - vgl. Fig. 8 - umgibt wird bereits durch das Verkleben der Flächen 232 und 208 eine voll- ständige Abdichtung erreicht. Zusätzlich könnte natürlich auch noch der in Fig. 6 gezeigte Raum zwischen Einsatz- teil 209 und Ausnehmung 227 verklebt oder vergossen sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der darge- stellten Kontaktiereinrichtung 201 keine Führungsmittel für die Chipkarte 215 vorgesehen. Die Oberfläche 213 be¬ findet sich auf einer Ebene mit der den Aufnahmeschlitz 221 unten begrenzenden Oberfläche der Zwischenwand 230.
Die Kontaktiereinrichtung 201 besitzt die bereits kurz erwähnten Kontaktelemente 210 (Fig. 7 und 8) von denen in den Fig. 5 und 6 nur die Kontaktkuppen 214 sowie die An¬ schlußenden 212 dargestellt sind. In den Fig. 7 und 8 sind die Kontaktelemente 210 im Einzelnen dargestellt, man erkennt neben den Anschlußenden 212 noch die Kontakt¬ enden 211 die die bereits erwähnten Kuppen 214 bilden. Die Kontaktelemente 10 sind vorzugsweise in die Kontak-
tiereinrichtung 201 eingespritzt und zwar läuft, wie in Fig. 7 gezeigt, ein waagrechter Teil in der oberen Wand 202 und ein senkrechter Teil verläuft in den Seitenwänden des Kastens 253 und zwar in den beiden gegenüberliegenden Seitenwänden 203 und 205. Dadurch wird die Stabilität der Kontaktiereinrichtung 201 weiter verbessert.
Der waagrechte Teil der Kontaktelemente 210 ist nicht vollständig eingespritzt, sondern es wird ein Freiraum 239 gebildet und zwar dadurch daß die ansonsten vorhan¬ dene Wandstärke Ll + L2 der oberen Wand 202 zurückgenom¬ men wird, beispielsweise auf die Größe Ll. So erreicht man, daß die Kontaktfeder 210 vorgespannt an der freilie¬ genden Unterseite 236 der oberen Wand 202 in Ruhestellung anliegt. Bei Betätigung durch die Chipkarte 215 wird dann das Kontaktelement 210 von der Fläche 236 federnd wegge¬ drückt. Die in den Seitenwänden 203, 205 des Kastenteils 251 eingespritzten Kontaktelemente 210 können in einem Bereich 241 (Fig. 7) freiliegen, sind aber zur Abdicht- fläche 250 hin wieder umspritzt um dann vorzugsweise senkrecht zur Längsachse 251 verlaufend nach Außen her¬ ausgeführt zu sein. Im Bereich der Anschlußenden 212 hat der Kragenteil infolge von Ausschnitten 244 (Fig. 8) eine verminderte Breite, die aber für eine ausreichende Dicht- Wirkung genügend ist.
Wie man in der Fig. 8 erkennt sind die in der oberen Wand 202 für die Kontaktelemnte 210 ausgebildeten Schlitze 234 leicht schräg verlaufend ausgebildet, und zwar ebenso wie die zugehörigen Kontaktelemente.